膜结构施工和实际应用中存在问题的研究_膜结构车棚施工流程
时间：2019-04-12 03:27:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要:本文首先介绍了膜结构工程应用状况以及发展,接着阐述了膜结构施工和应用问题研究的意义,最后通过对膜结构在施工和实际应用中存在问题的分析研究,为膜结构施工应用等问题的进一步研究提供了借鉴。
关键词:膜结构 实际应用 施工问题
中图分类号:TU996 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0149-01
1 膜结构应用及发展
在倡导发展低碳节能和绿色智能建筑的今天,集力学、精细化工等为一体,建筑与结构完美结合的结构体系—— 膜结构,已发展成为本世纪最具代表性的建筑结构形式。它是从20世纪中期逐步发展起来的,而最早的膜结构则是1967年在加拿大蒙特利尔展览会上的德国馆[1]。20世纪末,欧洲将膜材用作建筑屋面材料,被应用于植物园、动物园及游泳馆等建筑中。膜结构建筑的开发与应用,可以摆脱对钢材、木材、混凝土等传统材料的依赖,为建筑带来一场新的革命[2]。由于它具有高透光性,和处于含氯消毒剂、温暖潮湿、强紫外线照射等诸多恶劣环境下的良好的耐久性能的表现,已被应用于工业、商业等建筑领域里。此外配合LED灯的组合照明设计的运用,可营造出建筑极其丰富的光环境外观形态,达到很好的视觉效果,也是其他建筑材料所很难实现的。
2 膜结构施工和应用问题研究的意义
膜结构主要的研究方面有膜单元的制作和加工,膜材的性能及对结构作用的分析,膜结构的动力特性研究,膜结构褶皱处理和安装施工方法及预应力的施加等。对于一个成功的建筑而言,除了前期建造成本需进行控制之外,更为重要的在后期使用运行费用成本。鉴于此点,在施工快捷、节能等方面有诸多优点膜结构的优势便不言而喻。膜材具有多方面良好的热工性能,决定了它多被应用在建筑的外围护结构部分,为建筑提供符合要求的室内卫生环境[3],同时再配以良好的建筑运行管理措施,便可降低建筑的使用运行成本。膜材还能够直接与钢结构等结构组合运用为承重结构,这就为大跨度、大空间绿色建筑的成熟运用起到了不可忽视的推动作用。在倡导绿色环保、节能低碳生活的今天,膜结构在这方面的作用及未来的发展无疑将处于举足轻重的地位。
3 膜结构施工和实际应用中的问题
3.1 膜材的徐变和应力松弛
膜材在张拉成形后的一段时间内,会产生徐变和松弛效应。膜材型号、荷载水平、荷载历史以及边界支撑方式将对徐变与松弛产生影响,一般膜结构预应力水平在2～10kN/m,要求其最低值不能使膜面在基本荷载组合(风压,雪荷载)下出现局部松弛[4],在膜结构设计时需要仔细考虑。通过模型和现场试验表明,在一定荷载水平下,其在荷载初期徐变发展快,此后徐变逐渐减小。膜材徐变快速发展期一般认为在1h～9h,然后基本停止。
3.2 膜结构正常使用及维护技术要求高
虽然薄膜本身有很高的抗拉强度,但如果用尖锐的物体刻划很容易被破坏。一旦膜被破坏,需要及时进行补救。通常用专用的胶带贴补,如破损过大,则需重新安装,并且需要做好维修和养护工作。对于气枕结构来说,内压对整个气枕的影响是非常关键的,温度对气压的影响又是非常的明显。所以在遇到温度骤降,天气恶劣的情况下充气膜结构的承载能力会急剧下降。如加拿大气承式的膜结构B.C.大型运动场,它上部的ETFE薄膜的厚度为1/30英寸[5],在遭受近一个月的冷空气、强风和大冰雹的袭击后于整个屋顶坍塌。
3.3 膜结构初装制约因素较多
膜单元在加工场粘接完成,成品需要进行折叠,然后再运送到施工现场,安装之前应清扫地面,保证膜材展开地面清洁干净、无尖锐物体。膜结构开始施工时只是先将部分节点固定在约束端,而其它的节点是张拉端,这种初始悬挂的几乎无预应力的膜受力情况复杂,在此阶段中膜结构处在虽吊装到位但尚未永久固定,未被张拉的相对松弛状态,施工中极易被风鼓起甚至吹走。同时还未张来紧的膜在风作用下产生抖振效应,使膜材产生疲劳损伤,加大了风坏效应产生的概率,最终大大降低其使用寿命。
3.4 膜结构对连接边界要求高
为保证膜材与连接主体的边界能够很好的结合,特别是与膜单元连接的边界,如刚性边界钢结构的安装精度对膜面和拉索施工质量影响大,膜材与刚性边缘构件连接时,夹具应连续、可靠地夹住膜材边缘,夹具与膜材间应设置衬垫,其有棱角时,须先倒角,使膜材光滑过渡,避免划伤膜材影响其耐久性。若钢结构安装精度不到位,会导致膜面应力不均匀和出现褶皱等,直接影响膜面的成形。所以在膜材下料加工制作之前,应对膜材与主体结构连接部位的尺寸进行复测,了解膜结构施工各环节的具体要求,从而保证和提高制作精度质量。
3.5 膜结构对现场施工技术因素要求高
薄膜结构施工时由于膜材料不是弹性材料,较大的残余变形和徐变都会导致张力损失,所以要分段进行初期张力的施加,利用调节系统定期及时的补充张力损失。如果所施加的初期张力达不到设计要求,膜面得支撑刚度不足以抵抗外荷载,膜面会产生皱折和松驰现象,从而影响膜结构的正常使用,因此应全面考虑张力分布的各种影响因素。安装时的张拉顺序、预张力的施加方式及量级等等都会影响到曲面的最终形状、影响到结构的刚度和稳定性。此外膜材特性也会加大施工难度,如PTFE膜材,其材质强度大、禁折压,而且膜单元安装通常需要在高空展开,其稳定性的控制难度大；而且其补偿值极小,索膜连接接点定位要求高。
4 结语
总之,膜结构除了施工安装工艺经验不足,企业经营运作方面缺乏经验之外,在设计、加工与安装等各施工控制环节,还有很多问题值得去进一步研究。这就需要高校及科研院所同膜结构施工企业等多方进行交流和合作,加强膜结构的施工方法的研究,以及理论研究和实践探讨。
参考文献
[1] 张国,范伟立,向阳.山西晋城体育场膜结构工程的设计与施工[J].空间结构,2009,2:78～81.
[2] 徐彦,关富玲,川口健一.充气薄膜结构的悬垂和充气展开过程[J].浙江大学学报,2011,1:75～80.
[3] 徐庆伟.PTFE膜结构工程的施工工艺及应注意的问题[J].工程施工技术,2009,5:106～108.
[4] 中国钢结构协会空间结构分会,等.膜结构技术规程[M],2004.北京:中国计划出版社.
[5] 徐文毅.水立方多面体空间钢架结构与ETFE膜结构探讨[J].武警学院学报,2009,8:86～89.
